渭河盆地位于青藏高原东北缘,是我国东西部构造单元的过渡地带,受到秦岭造山带和鄂尔多斯地块构造演化的综合影响,新地质时期垂直差异运动强烈,历史地震多发,而近代以来地震活动长期平静,已有400余年无6级及以上地震发生,可从构造活动强度上深入研究该区中强地震危险性。渭河盆地地质构造复杂,受一系列断裂控制,形成强烈下降的西安凹陷、固始凹陷和相对上升的宝鸡凸起、骊山凸起、咸礼凸起和蒲城凸起,凹陷区与凸起区相间分布。本文利用现今密集分布的GPS站观测数据,分析渭河盆地内次级块体现今运动形态。
2 研究方法为更好刻画渭河盆地现今块体的运动特征,收集陕西省地震局26个连续GPS站、陕西省测绘地理信息局69个连续GPS站的观测数据,采用GAMIT/GLOBK软件统一解算,合并鄂尔多斯块体及周缘的GPS连续站和流动站的速度(Hao et al,2020),并转换到相对稳定的鄂尔多斯块体参考框架下。根据断层、活动块体及站点分布,将研究区域划分为13个块体,分别为鄂尔多斯块体、阿拉善块体、兰州块体、2个西秦岭块体、秦岭地块、华山地块、宝鸡凸起地块、咸礼凸起地块、西安凹陷、骊山凸起地块、固市凹陷地块、蒲城凸起地块,通过约束GPS速度场,使用TDEFNODE软件,反演得到渭河盆地内各块体的运动特征。
3 结果渭河盆地及周缘GPS速度场见图 1,可见刚性的鄂尔多斯块体内部形变较小,青藏高原的NE向推挤受到鄂尔多斯块体的阻挡,在兰州地块和秦岭地块的速度明显减小,形成了隆起的山区,向东到秦岭地块,从NE向逐渐顺时针旋转为SE向,在渭河盆地内部,速度从西到东略有减小。向北至阿拉善、向东南至秦岭,水平速度衰减较快,垂向隆升形成山区,因渭河盆地主要为沉积层,盆地内部速度衰减较慢。
从块体旋转方向(图 2)可知,相对鄂尔多斯块体,兰州地块呈逆时针旋转,而其余块体为顺时针旋转。兰州地块、阿拉善地块和秦岭地块旋转较小,而西秦岭地块到渭河盆地内部地块顺时针旋转度较大。从块体的运动速度和旋转来看,渭河盆地内部存在分化,有3个不同模式:宝鸡凸起与其他块体差异较大,其呈NE向运动,旋转度居中;咸礼凸起、西安凹陷、临潼凸起较一致,旋转度最大;东部的固始凹陷和蒲城凸起受到太行山阻挡,旋转度减小。
在印度板块推挤下,青藏高原东北缘受到鄂尔多斯块体的阻挡,向东到渭河盆地转为SE向运动,盆地内部块体的运动和旋转模式存在差异和分化,说明了渭河盆地内部构造运动的复杂性。
渭河盆地相对鄂尔多斯块体的SE向运动以及顺时针旋转,从侧面支持了鄂尔多斯地块南缘现今运动更符合“共轭剪切”模式。渭河盆地的横向扩张和SE向挤出,可能由青藏高原东北缘的部分软弱物质挤入引起,地震波的层析成像和岩石的电性结构等研究结果(陈兆辉等,2018;吕宏斌等,2020)也证实了渭河盆地下地壳低速和低阻异常物质的存在。
感谢陕西省测绘地理信息局提供的GPS连续站观测数据,感谢郝明研究员共享鄂尔多斯周缘GPS速度场。
陈兆辉, 王椿镛, 楼海. 鄂尔多斯地块地壳上地幔速度结构及构造意义[J]. 科学通报, 2018, 63: 327-339. |
吕宏斌, 叶高峰, 金胜, 等. 鄂尔多斯地块-扬子地块深部电性结构特征及其动力学意义[J]. 地质论评, 2020, 66(4): 16. |
Hao M, Wang Q, Zhang P, et al. "Framewobbling" causing crustal deformationaround the Ordos block[J]. Geophysical Research Letters, 2021, 48: e2020GL091008. |